(57)【要約】【課題】ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）の併用に際して被検体の心拍数の変動に対して画像データの時間分解能の最適化を可能にすること。【解決手段】本発明は、Ｘ線管の連続回転と寝台移動とを併用するヘリカルスキャンのもとでＸ線により被検体を走査してデータを収集する架台部１と、収集したデータから抽出した複数の心拍にわたる複数のデータセグメントに基づいて画像データを再構成する再構成部３６と、ヘリカルスキャン期間中において被検体の心拍数の変動に従ってＸ線管の回転速度を変化させるために架台部を制御する制御部３０とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管の連続回転と寝台移動とを併用するヘリカルスキャンのもとでＸ線により被検体を走査してデータを収集する架台部と、
前記収集したデータから抽出した複数の心拍にわたる複数のデータセグメントに基づいて画像データを再構成する再構成部と、
前記ヘリカルスキャン期間中において前記被検体の心拍数の変動に従って前記Ｘ線管の回転速度を変化させるために前記架台部を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記画像データの時間分解能を略一定に維持するために前記被検体の心拍数の変動に従って前記Ｘ線管の回転速度を変化させることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記被検体の心拍数と前記Ｘ線管の回転速度とを関連付けたテーブルを記憶する記憶部を更に備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回転速度とともに前記寝台の移動速度を変化させるために前記架台部を制御することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記Ｘ線管が１回転する間に前記寝台が移動する距離を略一定に維持するために前記回転速度とともに前記寝台の移動速度を変化させることを特徴とする請求項４記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記制御部は、最新の所定心拍回数分の心拍数の平均値に従って、前記Ｘ線管の回転速度を変化させることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
前記制御部は、不整脈を一因とする異常心拍数をしきい値処理により除外して前記心拍数の平均値を計算することを特徴とする請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）を併用することの可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を透過したＸ線の強度に基づいて、被検体についての情報を画像により提供するものであり、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。
【０００３】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置を使った動きの速い特に心臓検査では、画像の時間分解能の向上が重要な課題の一である。その課題に対する主要な対処法としては、Ｘ線管の１回転あたりの時間、つまり回転スピードの高速化にある。回転スピード以上の時間分解能を実現できる手法として、ハーフ再構成法がある。周知のとおり、ハーフ再構成法は、操作者が指定した心臓の動きの特定位相、通常、心電図のＲ波から次のＲ波までの心拍周期を１００としてパーセントで表す位置を中心として、Ｘ線管が１８０°＋α（αはファン角度）の範囲を回転する間に収集された投影データとその対向データの補充により画像データを再構成する。このハーフ再構成法では、Ｘ線管が１８０°＋αの範囲を回転するのに要する時間が、当該画像データの実効的な時間分解能として得られる。
【０００４】
ハーフ再構成法よりも画像の時間分解能を向上する手法として、セグメント再構成法がある。図７に示すように、セグメント数が３であるセグメント再構成法では、連続する又は離散する３心拍の中から同一心拍位相付近のデータセグメントを集めてきて、１枚の画像を再構成するのに要する１８０°＋αの範囲の投影データを揃える。
【０００５】
セグメント再構成法では、時間分解能の最適化は、各セグメントの範囲が等分であるときに得られ、最適な時間分解能（最短の時間分解能）は、Ｘ線管が（１８０°＋α）／セグメント数の角度を回転するのに要する時間、図７では６０°＋α／３として与えられる。
【０００６】
この最適な時間分解能は、Ｘ線管の回転周期が心拍周期に対して理想的にずれているという特定の状況下でのそれである。心拍周期に対するＸ線管の回転周期のずれが理想的でないケースでは、その時間分解能は、心拍周期に対するＸ線管の回転周期のずれに応じて低下する。最悪のケースは、Ｘ線管の回転周期と、心拍周期とが完全に同期したときに起こり、そのケースでは、セグメント数が自動的に１、つまりハーフ再構成法に完全に移行してしまい、その時間分解能はハーフ再構成法のそれに一致する。
【０００７】
このようにセグメント再構成法では、時間分解能は、心拍周期に対するＸ線管の回転周期のずれに応じて変動するので、心拍数が変動しやすい例えばスキャン中に被検体に息止めを課すような撮影では、心拍数の変動にもとなって時間分解能を最適化できないことがである。
【特許文献１】特開平９−７５３３８号公報
【特許文献２】特開２０００−３４２５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）の併用に際して被検体の心拍数の変動に対して画像データの時間分解能の最適化を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｘ線管の連続回転と寝台移動とを併用するヘリカルスキャンのもとでＸ線により被検体を走査してデータを収集する架台部と、前記収集したデータから抽出した複数の心拍にわたる複数のデータセグメントに基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記ヘリカルスキャン期間中において前記被検体の心拍数の変動に従って前記Ｘ線管の回転速度を変化させるために前記架台部を制御する制御部とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検体の心拍数の変動に対する画像データの時間分解能の最適化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線コンピュータ断層撮影装置）の実施形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ROTATE/ROTATE）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（STATIONARY/ROTATE）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ビュー角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、ハーフスキャン法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【００１２】
図１は本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。このＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台部１を有する。架台部１は、Ｘ線管１０とシングルスライス又はマルチスライス型Ｘ線検出器２３を有する。Ｘ線管１０とＸ線検出器２３は、架台駆動装置２５により回転駆動されるリング状の回転フレーム１２に搭載される。回転フレーム１２の中央部分は開口され、その開口部に、寝台部２の寝台（天板ともいう）２ａ上に載置された被検体Ｐが挿入される。被検体Ｐの心電図を検出するために、被検体Ｐには心電計２２が装着される。
【００１３】
Ｘ線管１０の陰極陽極間には高電圧発生器２１から管電圧が印加され、またＸ線管１０のフィラメントには高電圧発生器２１からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりＸ線が発生される。Ｘ線検出器２３は、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の受光面を有する複数のＸ線検出素子を有する。例えば９１６個のＸ線検出素子がチャンネル方向に配列される。この列がスライス方向に例えば４０列並設される。
【００１４】
一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置２６は、Ｘ線検出器２３からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ（生データ）は架台外部の計算機部３に供給される。
【００１５】
計算機部３の前処理部３４は、データ収集装置２６から出力されるデータ（生データ）に対して感度補正等の補正処理を施して投影データを出力する。この投影データは計算機システム３のデータ記憶装置３７に送られ、心電計２２の心電図データとともにに記憶される。
【００１６】
計算機システム３は、上記前処理部３４及びデータ記憶装置３７とともに、システムコントローラ２９、入力器３９、ディスプレイ３８、スキャンコントローラ３０、再構成部３６、心電同期スキャンエキスパートシステム４３、ハートレート（ＨＲ）検出部４２、ＨＲ／ＲＳ（心拍数／回転スピード）テーブルメモリ３５、回転スピード発生部４１から構成される。再構成部３６は、セグメント再構成処理に対応している。ハートレート検出部４２は、心電図データから例えばＲ波を同定し、その周期の逆数に基づいて被検体Ｐの心拍数を計測する機能を備えている。
【００１７】
回転スピード発生部４１は、心電同期スキャンエキスパートシステム４３の制御のもとでＨＲ検出部４２から受け取った心拍数によりＨＲ／ＲＳ（心拍数／回転スピード）テーブルメモリ３５をアクセスして、ＨＲ検出部４２から受け取った心拍数に対応する回転スピードデータを発生し心電同期スキャンエキスパートシステム４３に提供する機能を備えている。ＨＲ／ＲＳテーブルメモリ３５は、図２に例示する心拍数と、各心拍数に対して画像の時間分解能を最適化するための回転スピードとを関連付けた複数のテーブルを記憶している。複数のテーブルどうしは、それぞれが対応するセグメント数が相違する。図２は、セグメント数が２のときの心拍数と回転スピードの関係を示している。
【００１８】
セグメント数が２の場合、一心拍周期の時間にＸ線管１０が、（２回転−（１８０°＋α）／２）、または（２回転＋（１８０°＋α）／２）を回転する回転スピードであるとき、最適な時間分解能が実現される。上述したように、最適な時間分解能は、各セグメントの範囲が１枚の画像再構成に要する（１８０°＋α）の等分であるときに得られるのであるから、心拍位相に対してＸ線管１０の回転位相が（１８０°＋α）／セグメント数の角度だけ前又は後方にずれるように、回転スピードを設定することで実現され得る。そのような時間分解能を最適化（最短化）するための心拍数と回転スピードの関係が様々なセグメント数ごとに事前に求められ、その対応テーブルがＨＲ／ＲＳテーブルメモリ３５に記憶される。従って、ＨＲ／ＲＳテーブルメモリ３５に記憶されたセグメント数と心拍数とに対応する回転スピードは、そのセグメント数において時間分解能（ＴＲ）の最適化を実現するためのデータである。
【００１９】
図３には、心電同期スキャンエキスパートシステム４３により構築され、ディスプレイ３８に表示されるスキャン計画画面例を示している。スキャン計画画面には、患者情報、ガントリ（架台）情報、スキャノグラムイメージとともに、操作者が指定又は選択した撮影部位や検査プランに応じて心電同期スキャンエキスパートシステム４３によりプランニングされたスキャン条件、再構成条件及びウインドウ条件が表示される。例えば、スキャン条件として、スキャンモード、スキャン開始位置、スキャン終了位置、米国の食料医薬品局が定めた被曝線量を表す“ＣＴＤＩ”（ＣＴ Dose Index）、管電圧“ｋＶ”、管電流“ｍＡ”、回転スピード、ヘリカルピッチ、時間分解能最適化のＯＮ／ＯＦＦ、再構成モードが含まれる。心臓の造影検査では、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、再構成モードとして、セグメント再構成を選択し、そのセグメント数を心拍数に応じて設定し、時間分解能最適化をＯＮにし、それに伴って回転スピードを“最適化（自動設定）”に設定する。
【００２０】
図４、図５には、本実施形態のスキャン動作の概要が示されている。スキャン計画決定後、心電同期スキャンエキスパートシステム４３により心拍数の監視が開始される。心拍数はＲ波の検出ごとに計測される。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、最新の所定心拍数分、例えば最新の５心拍分の平均心拍数を計算して、その平均心拍数に対応する撮影条件としてここでは回転スピードを回転スピード発生部４１に要求して取得する。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、スキャンコントローラ３０を介して架台駆動装置２５を制御し、Ｘ線管１０の回転を開始させる。Ｘ線管１０の回転スピードが、回転スピード発生部４１から取得した回転スピードに達したとき、撮影可能な状態（撮影スタンバイ状態）に至ったことを表すメッセージをディスプレイに表示する。撮影技師はそのメッセージを確認して、被検体に造影剤を注入する。
【００２１】
心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、撮影技師からのトリガを受けたタイミング又はリアルプレップによる自動トリガタイミングで、スキャニングを開始する。つまりＸ線の発生及びデータ収集を開始し、寝台２ａの移動を開始させる。それとともに、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、被検体の心拍数の変動監視を開始する。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、心拍が変動しないとき、Ｘ線管１０の回転スピード及び寝台２ａの送り速度を維持する。その結果、画像データの時間分解能は維持される。
【００２２】
心拍が速くなって心拍数が増加したとき、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｘ線管１０の回転スピードを、その増加した心拍数にテーブル上で対応する回転スピードに変更する。基本的には、当該テーブルは、心拍数が増加したとき、それに応じてＸ線管１０の回転スピードを速くするように組まれている。また、計画時に設定したヘリカルピッチを維持するために、Ｘ線管１０の回転スピードの増加に従って、寝台２ａの送り速度を調整する。周知の通り、ヘリカルピッチは、Ｘ線管１０が１回転する間に寝台２ａが移動する距離として定義される。従って、心拍数が増加したとき、それに応じてＸ線管１０の回転スピードが速くなり、回転スピードの増加に従って寝台２ａの送り速度が速くなる。当該テーブルは、心拍数が変動しても、各心拍数で時間分解能を最適化するように組まれているので、増加した心拍数に従ってＸ線管１０の回転スピードを速くすることで、画像データの時間分解能を最適化、つまり最短化することができる。
【００２３】
同様に、心拍が遅くなって心拍数が減少したとき、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｘ線管１０の回転スピードを、その減少した心拍数にテーブル上で対応する回転スピードに変更する。基本的には、当該テーブルは、心拍数が減少したとき、それに応じてＸ線管１０の回転スピードを遅くするように組まれている。また、計画時に設定したヘリカルピッチを維持するために、Ｘ線管１０の回転スピードの減少に従って、寝台２ａの送り速度を遅くする。当該テーブルは、心拍数が変動しても、各心拍数で時間分解能を最適化するように組まれているので、減少した心拍数に従ってＸ線管１０の回転スピードを遅くすることで、画像データの時間分解能を最適化、つまり最短化することができる。
【００２４】
図６には、心電同期スキャンエキスパートシステム４３によるスキャン中の時間分解能最適化の制御動作を詳細に示している。スキャンは、Ｘ線管１０から実際にＸ線を曝射して、被検体を透過したデータをＸ線検出器２３で検出し、データ収集装置２６で収集し、その一連の動作を繰り返すことをいう。ヘリカルスキャンにおいては、スキャンは寝台２ａが、計画したスキャン範囲の起点に対応する位置に差し掛かった時点で開始され（Ｓ１１）、計画したスキャン範囲の終点に対応する位置に到達した時点（Ｓ１９）で終了する（Ｓ２０）。このスキャン開始Ｓ１１からスキャン終了Ｓ２０までのスキャン期間中に、Ｓ１２〜Ｓ１８の動作が繰り返される。
【００２５】
まず、心電計２２により被検体Ｐの心電図が計測される（Ｓ１２）。ＨＲ検出部４２は、心電図の波形から特徴波として例えばＲ波を検出し（Ｓ１３）、前回検出したＲ波から今回検出したＲ波までの時間幅の逆数から心拍数を計算する（Ｓ１４）。ＨＲ検出部４２は、不整脈を除外して、例えば最新５心拍分の心拍数の平均値（平均心拍数）を計算する（Ｓ１５）。不整脈であるか否かは、任意の手法を使って判定される。例えば、適正範囲の上限心拍数と下限心拍数を操作者が任意に指定してもよいし、３０秒等の比較的長期間の平均心拍数を中心として１０％幅に適正範囲を設定するようにしても良い。
【００２６】
心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｓ１５で計算された平均心拍数とセグメント数とに対応するＸ線管１０の回転スピードを、回転スピード発生部４１から取得する（Ｓ１６）。また、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、ヘリカルピッチを維持するように、取得したＸ線管１０の回転スピードから、寝台２ａの送り速度を決定する（Ｓ１７）。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｓ１６で取得したＸ線管１０の回転スピードデータと、Ｓ１７で決定した寝台２ａの送り速度データをスキャンコントローラ３０に供給する。スキャンコントローラ３０は、心電同期スキャンエキスパートシステム４３から供給されたＸ線管１０の回転スピードデータに従って架台制御装置２５を制御する。その結果、Ｘ線管１０の回転スピードは、Ｓ１６で特定された、平均心拍数に対応する回転スピードに変更される。それにより心拍数が変動したとしても、画像データの時間分解能は最適化される。また、スキャンコントローラ３０は、心電同期スキャンエキスパートシステム４３から供給された寝台の送り速度データに従って寝台装置２の寝台駆動装置２ｂを制御する。その結果、寝台２ａの送り速度は、Ｓ１７で決定された送り速度に変更される。それにより心拍数が変動し、それに伴ってＸ線管１０の回転スピードが変更されたとしても、ヘリカルピッチは維持され得る。ヘリカルピッチの変動は、再構成処理を複雑化するとともに、実効的なスライス厚を不均一にするが、本実施形態ではヘリカルピッチを維持するように寝台送り速度を調整するので、そのような問題は生じない。
【００２７】
以上のように、本実施形態によると、ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）の併用するとき、スキャン中に、たとえ被検体の心拍数が変動したとしても、その変動に応じてＸ線管の回転スピードを変更することで、画像データの時間分解能を最適化することができる。また、Ｘ線管の回転スピードの変更に応じて、寝台の送り速度を変更することで、ヘリカルピッチを一定値に維持することができ、再構成処理の複雑化を回避し、かつ実効的なスライス厚を均一に維持することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。
【図２】図１のＨＲ／ＲＳデータメモリに記憶される心拍数（ＨＲ）と回転スピード（ＲＳ）とを関連付けたテーブルに応じたグラフを示す図。
【図３】図１の心電同期スキャンエキスパートシステムにより構築されるスキャン計画画面例を示す図。
【図４】本実施形態によるスキャン動作の概要を示す図。
【図５】図１の心電同期スキャンエキスパートシステムによる回転スピードとともに寝台送り速度を変化させる様子を示す図。
【図６】図３のスキャン動作中の心電同期スキャンエキスパートシステムによる時間分解能最適化制御動作を詳細に示す図。
【図７】セグメント再構成法の説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１…架台部、２…寝台部、３…計算機システム、１０…Ｘ線管、１２…回転フレーム、２１…高電圧発生器、２２…心電計、２３…Ｘ線検出器、２５…架台駆動装置、２６…データ収集装置、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３４…前処理部、３５…ＨＲ／ＲＳテーブルメモリ、３６…再構成部、３７…データ記憶装置、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４１…回転スピード発生部、４２…ＨＲ検出部、４３…心電同期スキャンエキスパートシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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